О.К.Беляев, В.А.Тепляков ПОДСТРОЙКА ЧАСТОТЫ

;
gosudarstwennyj nau˜nyj centr rossijskoj federacii
institut fiziki wysokih —nergij
ifw— 96–35
olu
o.k.bELQEW, w.a.tEPLQKOW
podstrojka ˜astoty rezonatora
uskorq‘˝ej struktury
kolebatelxnym konturom
pROTWINO 1996
udk 539.07
m–24
aNNOTACIQ
bELQEW o.k., tEPLQKOW w.a. pODSTROJKA ˆASTOTY REZONATORA USKORQ@]EJ STRUKTURY KOLEBATELXNYM KONTUROM: pREPRINT ifw— 96–35. – pROTWINO, 1996. – 7 S., 6 RIS., BIBLIOGR.: 4.
pOKAZANA WOZMOVNOSTX PODSTROJKI ˆASTOTY REZONATORA USKORQ@]EJ STRUKTURY S POMO]X@ SWQZANNOGO S NIM KOLEBATELXNOGO KONTURA. pRIWEDENY “KSPERIMENTALXNYE REZULXTATY.
Abstract
Belyaev O.K., Teplyakov V.A. Tuning the Accelerator Cavity With the Circuit: IHEP
Preprint 96–35. – Protvino, 1996. – p. 7, figs. 6, refs.: 4.
The possibility of acceleraaator cavity tuning with the coupling circuit is shown. The experimental results are presented.
c gOSUDARSTWENNYJ NAUˆNYJ CENTR
rOSSIJSKOJ fEDERACII
iNSTITUT FIZIKI WYSOKIH “NERGIJ, 1996
nAIBOLEE RASPROSTRANENNYE SPOSOBY PODSTROJKI SOBSTWENNOJ ˆASTOTY OSNOWYWA@TSQ NA MEHANIˆESKOJ ILI TEPLOWOJ DEFORMACIQH STENOK REZONATORA ILI
NA PEREME]ENII SPECIALXNYH PODSTROEˆNYH “LEMENTOW. w SU]ESTWU@]EM USKORITELE S w˜k-FOKUSIROWKOJ [1] ural-30 PODSTROJKA ˆASTOTY OSU]ESTWLQETSQ
POWOROTOM SPECIALXNYH KOROTKOZAMKNUTYH KOLEC. kOLXCA RASPOLOVENY W w˜MAGNITNOM POLE H-REZONATOROW, RABOTA@]IH NA ˆASTOTE 148,5 mgC. pOWOROT
ODNOGO KOLXCA NA 90o PRIWODIT K IZMENENI@ SOBSTWENNOJ ˆASTOTY REZONATORA NAˆALXNOJ ˆASTI USKORITELQ DLINOJ 4 M NA 5 ÷ 7 KgC, ˆTO, KAK SLEDUET
IZ PRAKTIKI, QWNO NEDOSTATOˆNO. dLQ POLUˆENIQ TREBUEMYH RASSTROEK NEOBHODIMO IMETX DO 10 I BOLEE TAKIH KOLEC NA ODIN REZONATOR. zADAˆA PODSTROJKI ˆASTOTY USLOVNQETSQ W REVIME BOLX[OJ SREDNEJ MO]NOSTI W REZONATORE.
rASSMOTRIM WOZMOVNOSTX
IZMENENIQ SOBSTWENNOJ ˆASTOTY REZONATORA S POMO]X@ KOLEBATELXNOGO KONTURA S SOSREDOTOˆENNYMI PARAMETRAMI, KOTORYJ INDUKTIWNO SWQZAN S REZONATOROM. —KWIWALENTNAQ SHEMA TAKOJ SISTEMY POKAZANA NA RIS.1. iZWESTNO [2], ˆTO WOZDEJSTWIE WTO- rIS. 1. —KWIWALENTNAQ SHEMA SISTEMY REZONATOR – KONRIˆNOGO KONTURA NA PERWIˆTUR. Ro ; Lo; Co — “KWIWALENTNYE PARAMETRY REZONATORA; R1 ; L1; C1 — PARAMETRY KOLEBATELXNYJ ZAKL@ˆAETSQ WO WNESENII
NOGO KONTURA.
W PERWIˆNYJ KONTUR DOPOLNITELXNOGO AKTIWNOGO RWN I REAKTIWNOGO XWN SOPROTIWLENIJ. w “TOM SLUˆAE POLNOE KOMPLEKSNOE SOPROTIWLENIE
PERWIˆNOGO KONTURA WYRAVAETSQ SLEDU@]IM OBRAZOM:
Z = R + jX = Ro + RWN + j(Xo + XWN ).
1
(1)





R = Ro +




X = ωLo −
M2
L21
R1
(
ω1 1
·
ω Q1
1
ωCo
−
2
2
) +(1− ωω12 )
M2
L1
2
ω
2
( ωω1 · Q11 ) +(
ω2
1− 12
ω
)
2
· (1 −
ω12
),
ω2
(2)
GDE Q1 — SOBSTWENNAQ DOBROTNOSTX WTORIˆNOGO KONTURA.
sOBSTWENNAQ ˆASTOTA REZONATORA OPREDELQETSQ IZ USLOWIQ:
X = 0.
(3)
wNOSIMOE REAKTIWNOE SOPROTIWLENIE XWN PRI
ω1
( )1,2 =
ω
1±
1
.
Q1
(4)
IMEET “KSTREMUMY, WELIˆINA KOTORYH PROPORCIONALXNA Q1. XWN OBRA]AETSQ W 0
PRI
ω1
=1
(5)
ω
pRI PEREHODE ˆEREZ NOLX WNOSIMOE REAKTIWNOE SOPROTIWLENIE MENQET ZNAK.
pRIMERNYJ WID ZAWISIMOSTI XWN OT ˆASTOTY POKAZAN
NA RIS.2. sOGLASNO WYRAVENI@ (2) WYPOLNENIE USLOWIQ
ω1
<1
(6)
ω
“KWIWALENTNO UMENX[ENI@ EMKOSTI Co , T.E. POWY[ENI@ SOBSTWENNOJ ˆASTOTY REZONATORA.
uSLOWIE
ω1
>1
(7)
ω
“KWIWALENTNO UWELIˆENI@ EMKOSTI Co , T.E. UMENX[ENI@
SOBSTWENNOJ ˆASTOTY REZONArIS. 2. zAWISIMOSTX WNOSIMYH SOPROTIWLENIJ OT ˆA- TORA.
STOTY WTORIˆNOGO KOLEBATELXNOGO KONTURA.
tAKIM OBRAZOM, MENQQ SOBSTWENNU@ ˆASTOTU ω1 WTORIˆNOGO KONTURA, NAPRIMER IZMENENIEM C1 , MOVNO PERESTRAIWATX SOBSTWENNU@ ˆASTOTU
REZONATORA KAK WWERH, TAK I WNIZ. nEOBHODIMO OTMETITX, ˆTO DLQ PODSTROJKI ˆASTOTY SLEDUET ISPOLXZOWATX OBLASTI
ω1
>
ω
1+
2
1
;
Q1
ω1
<
ω
TAK KAK W INTERWALE
1−
1
ω1
1+
>
>
Q1
ω
1
,
Q
1−
(8)
1
Q1
(9)
NAHODITSQ MAKSIMUM WNOSIMOGO AKTIWNOGO SOPROTIWLENIQ RWN . pRIMERNYJ WID ZAWISIMOSTI WNOSIMOGO AKTIWNOGO SOPROTIWLENIQ OT ˆASTOTY KOLEBATELXNOGO KONTURA
ω1 POKAZAN NA RIS.2. pRI
ω1
1
(10)
= 1−
ω
2Q1
WELIˆINA WNOSIMYH POTERX DOSTIGAET MAKSIMUMA. pRI PRIBLIVENII K TAKOMU ZNAˆENI@ ˆASTOTY SLEDUET OVIDATX REZKOGO PADENIQ DOBROTNOSTI REZONATORA, ˆTO
NEVELATELXNO.
uWELIˆENIE DOBROTNOSTI WTORIˆNOGO KONTURA Q1 RAS[IRQET DIAPAZON PERESTROJKI ˆASTOTY REZONATORA ∼ Q1 I UMENX[AET WNOSIMYE AKTIWNYE POTERI W OBLASTI
(8) ∼ Q−1
1 .
—KSPERIMENTALXNAQ PROWERKA WOZMOVNOSTI PODSTROJKI SOBSTWENNOJ ˆASTOTY REZONATORA S POMO]X@ SWQZANNOGO S NIM KOLEBATELXNOGO KONTURA PROWODILASX NA
n˜u – NAˆALXNOJ ˆASTI USKORITELQ S w˜k-FOKUSIROWKOJ.
n˜u POSTROENA NA BAZE 2nREZONATORA, NAGRUVENNOGO SISTEMOJ “LEKTRODOW [3]. pRI
OTSUTSTWII UZLA PODSTROJKI SOBSTWENNAQ ˆASTOTA n˜u
fo = 148, 43 mgC, NAGRUVENNAQ DOBROTNOSTX Qmax = 4110.
kOLEBATELXNYJ KONTUR BYL
IZGOTOWLEN W WIDE S˙EMNOGO
USTROJSTWA, USTANAWLIWAEMOGO W L@KE KONTEJNERA n˜u NA
POLOWINE DLINY REZONATORA rIS. 3. uZEL PODSTROJKI ˆASTOTY. 1 — INDUKTIWNAQ PETLQ; 2 — “LEKTRODY KONDENSATORA S PEREMENNOJ
(RIS.3). kOLEBATELXNYJ KONEMKOSTX@; 3 — USTROJSTWO POZICIONIROWANIQ;
TUR SOSTOQL IZ INDUKTIWNOJ
4 — KONTEJNER; 5 — 2n-REZONATOR.
PETLI L1 , PEREMENNOGO KONDENSATORA C1 , OBRAZOWANNOGO
3
DWUMQ “LEKTRODAMI I SISTEMY POZICIONIROWANIQ, OBESPEˆIWA@]EJ IZMENENIE EMKOSTI KONDENSATORA W [IROKIH PREDELAH ZA SˆET IZMENENIQ RASSTOQNIQ MEVDU “LEKTRODAMI. kONTUR SWQZAN S MAGNITNYM POLEM REZONATORA.
iZMERQLASX SOBSTWENNAQ ˆASTOTA I NAGRUVENNAQ DOBROTNOSTX n˜u PRI RAZLIˆNYH RASSTOQNIQH d MEVDU “LEKTRODAMI. nA RIS.4 A,B POKAZANY POLUˆENNYE ZAWISIMOSTI “TIH PARAMETROW OT NORMIROWANNOJ ˆASTOTY ω̄1 KOLEBATELXNOGO KONTURA.
pOD NORMIROWANNOJ ˆASTOTOJ PONIMAETSQ WELIˆINA
ω1
ω̄1 =
=
ω1N
C1N
C1
d
,
dN
(11)
GDE ω1N — NAˆALXNAQ SOBSTWENNAQ ˆASTOTA KOLEBATELXNOGO KONTURA, SOOTWETSTWU@]AQ EMKOSTI C1N PRI MAKSIMALXNOM RASSTOQNII MEVDU “LEKTRODAMI dN = 5, 8 MM.
rIS. 4. zAWISIMOSTI RADIOTEHNIˆESKIH PARAMETROW REZONATORA OT NORMIROWANNOJ SOBSTWENNOJ ˆASTOTY KOLEBATELXNOGO KONTURA.
—KSPERIMENTALXNAQ ZAWISIMOSTX SOBSTWENNOJ ˆASTOTY REZONATORA OT ˆASTOTY
KONTURA (RIS.4A) KAˆESTWENNO SOOTWETSTWUET POWEDENI@ WELIˆINY XWN RIS.2. pRI
MALYH ZNAˆENIQH SOBSTWENNOJ ˆASTOTY KOLEBATELXNOGO KONTURA (6) PROISHODIT POWY[ENIE SOBSTWENNOJ ˆASTOTY REZONATORA OTNOSITELXNO fo . pRI UWELIˆENII ˆASTOTY KONTURA PROISHODIT REZKIJ PEREHOD ˆASTOTY REZONATORA WNIZ OT fo S DALXNEJ[IM IZMENENIEM W SOOTWETSTWII S XWN PRI USLOWII (7).
nA RIS.4B POKAZANA “KSPERIMENTALXNAQ ZAWISIMOSTX OTNOSITELXNOJ DOBROTNOSTI
Q̄ OT WELIˆINY ω̄1 :
Q
,
(12)
Q̄ =
Qmax
GDE Qmax — NAGRUVENNAQ DOBROTNOSTX REZONATORA W OTSUTSTWII UZLA PODSTROJKI.
rEZKOE PADENIE DOBROTNOSTI OB˙QSNQETSQ MAKSIMUMOM WNOSIMYH POTERX PRI WYPOLNENII USLOWIQ (10). fORMA KRIWOJ SOOTWETSTWUET HARAKTERU IZMENENIQ WNOSIMYH
SOPROTIWLENIJ RIS.2.
4
uSTROJSTWO DLQ PODSTROJKI ˆASTOTY NE DOLVNO ISKAVATX RASPREDELENIE POLQ W
USKORQ@]EJ STRUKTURE. oTKLONENIE OT TREBUEMOGO RASPREDELENIQ HARAKTERIZUETSQ
WELIˆINOJ SREDNEKWADRATIˆNOGO OTKLONENIQ σ [4]. rASPREDELENIE POLQ BEZ UZLA
PODSTROJKI ˆASTOTY PRI σ = 1, 3% POKAZANO NA RIS.5. w PROCESSE “KSPERIMENTA
IZMERQLISX RASPREDELENIQ POLQ WDOLX OSI STRUKTURY I ZNAˆENIQ σ PRI RAZLIˆNOJ
NASTROJKE KOLEBATELXNOGO KONTURA. s WOZRASTANIEM WNOSIMYH POTERX RASPREDELENIE
POLQ REZKO ISKAVAETSQ (RIS.6), A WELIˆINA σ UWELIˆIWAETSQ (RIS.4W).
dOPUSTIMOE PADENIE DOBROTNOSTI I ISKAVENIE FORMY POLQ QWLQ@TSQ OSNOWNYMI FAKTORAMI, OGRANIˆIWA@]IMI WELIˆINU PERESTROJKI SOBSTWENNOJ ˆASTOTY
REZONATORA WNIZ OT fo . dOPUSTIMOE PADENIE DOBROTNOSTI OPREDELQETSQ SISTEMOJ
w˜-PITANIQ REZONATORA I WELIˆINOJ POTERX W KOLEBATELXNOM KONTURE, ˆTO OSOBENNO WAVNO PRI RABOTE W REVIME BOLX[OJ SREDNEJ MO]NOSTI. oGRANIˆENIE NA
ISKAVENIE FORMY POLQ NAKLADYWAETSQ TREBOWANIQMI DINAMIKI ˆASTIC. wELIˆINA
PERESTROJKI WWERH OT fo OPREDELQETSQ NERAWENSTWAMI (8) I (9).
sOGLASNO “KSPERIMENTALXNYM REZULXTATAM, PRIWEDENNYM NA RIS.4, W PREDPOLOVENII DOPUSTIMOSTI UWELIˆENIQ σ DO 2% I PADENIQ DOBROTNOSTI NA 7% ISPYTYWAEMYJ UZEL PODSTROJKI ˆASTOTY OBESPEˆIWAET UMENX[ENIE SOBSTWENNOJ ˆASTOTY
REZONATORA NA WELIˆINU NE MENEE 50 KgC. —TOT VE UZEL DAET UWELIˆENIE ˆASTOTY
REZONATORA NE MENEE ˆEM NA 80 KgC. dLQ POLUˆENIQ TAKOGO VE REZULXTATA TREBUETSQ
OKOLO 20 RANEE ISPOLXZUEMYH “LEMENTOW PODSTROJKI, ˆTO POKAZYWAET “FFEKTIWNOSTX
PREDLAGAEMOGO SPOSOBA.
rIS. 5. rASPREDELENIE POLQ W n˜u BEZ UZLA PODSTROJKI ˆASTOTY.
5
rIS. 6. rASPREDELENIE POLQ W n˜u S UZLOM PODSTROJKI ˆASTOTY PRI UWELIˆENII WNOSIMYH
POTERX (ω̄1 ≈ 0, 65).
sPISOK LITERATURY
[1] eGOROW a.a. I DR. – pREPRINT ifw— 79-151, sERPUHOW, 1979.
[2] kALININ w.i., gER[TEJN g.m. wWEDENIE W RADIOFIZIKU. – m.: gOS. IZD-WO
TEHNIKO-TEORETIˆESKOJ LITERATURY, 1957.
[3] kAPˆINSKIJ i.m., tEPLQKOW w.a. lINEJNYJ USKORITELX IONOW S PROSTRANSTWENNO
ODNORODNOJ VESTKOJ FOKUSIROWKOJ // pt—, 1970, ß2, S.19-22.
[4] bELQEW o.k., gOLOSAJ n.i. – pREPRINT ifw— 88-131, sERPUHOW, 1988.
rUKOPISX POSTUPILA 25 APRELQ 1996 G.
6
o.k.bELQEW, w.a.tEPLQKOW
pODSTROJKA ˆASTOTY REZONATORA USKORQ@]EJ STRUKTURY KOLEBATELXNYM KONTUROM.
oRIGINAL-MAKET PODGOTOWLEN S POMO]X@ SISTEMY LaTEX.
rEDAKTOR n.w.eVELA.
tEHNIˆESKIJ REDAKTOR n.w.oRLOWA.
pODPISANO K PEˆATI
30.04.96.
fORMAT 60 × 84/8.
pEˆ.L. 0,75.
uˆ.-IZD.L. 0,57.
tIRAV 170.
zAKAZ 707.
lr ß020498 17.04.97.
gnc rf iNSTITUT FIZIKI WYSOKIH “NERGIJ
142284, pROTWINO mOSKOWSKOJ OBL.
oFSETNAQ PEˆATX.
iNDEKS 3649.
iNDEKS 3649
p r e p r i n t 96–35,
i f w —,
1996